賈洋洋

摘要：基于Web of Science核心合集和CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)，綜合利用CiteSpace、HistCite、VOSviewer等軟件，對(duì)污廢水處理領(lǐng)域碳納米管（Carbon nanotubes，CNTs）應(yīng)用研究進(jìn)行梳理和分析，對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、研究熱點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì)等進(jìn)行了全面剖析。結(jié)果表明：受政策激勵(lì)的影響，2015年以來(lái)污廢水處理領(lǐng)域CNTs研究發(fā)文量呈明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)，并在2020年達(dá)到成熟增長(zhǎng)階段。中國(guó)在該技術(shù)領(lǐng)域處于國(guó)際第一梯隊(duì)。中國(guó)科學(xué)院在該領(lǐng)域的研究中處于領(lǐng)先地位，發(fā)表的論文數(shù)量居于前沿位置。目前，CNTs的“吸附”功能是主要研究熱點(diǎn)，而“可生化性”、“修飾電極”、“過(guò)氧單硫酸鹽”、“界面聚合”等研究正逐漸成為新的研究熱點(diǎn)和方向。

關(guān)鍵詞：碳納米管；污廢水處理；文獻(xiàn)計(jì)量；研究熱點(diǎn)

中圖分類號(hào)：X52 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

前言

CNTs具有良好的吸附、催化等性能，越來(lái)越多的研究人員探索將CNTs技術(shù)應(yīng)用于污廢水治理領(lǐng)域。目前的研究多是利用CNTs較高的比表面積等特征對(duì)污廢水中的污染物進(jìn)行吸附以及對(duì)CNTs功能改性和污染物去除模式和機(jī)制的研究。研究表明，采用CNTs可以有效降低污廢水生物需氧量、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮和微生物等污染指標(biāo)，但是將CNTs應(yīng)用于污廢水處理領(lǐng)域還存在著成本控制難、研究多應(yīng)用少等問(wèn)題。采用文獻(xiàn)計(jì)量分析方法進(jìn)行可視化描述，以全面了解CNTs在該領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，通過(guò)定量與定性相結(jié)合的方式，客觀反映碳納米管在污廢水治理領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展態(tài)勢(shì)，快速定位熱點(diǎn)研究方向。文章將文獻(xiàn)計(jì)量法應(yīng)用于探索CNTs技術(shù)在污廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用研究，綜合利用CiteSpace、HistCite、VOS-viewer等軟件，結(jié)合軟件優(yōu)勢(shì)分析能力，為CNTs在污廢水治理領(lǐng)域相關(guān)研究做出整體分析判斷，希望能夠更加清楚了解CNTs技術(shù)在污廢水治理領(lǐng)域發(fā)展?jié)摿脱芯繜狳c(diǎn)，促進(jìn)行業(yè)技術(shù)水平提高及新技術(shù)應(yīng)用。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源和研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

此次檢索數(shù)據(jù)主要來(lái)自Web of Science核心合集（WOS）和中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)（CNKI）。

在中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)（CNKI）中，將檢索詞定為“su=碳納米管and su=（污水+廢水）”，文獻(xiàn)類型選擇“期刊”和“論文”，共檢索獲取到140個(gè)有效數(shù)據(jù)結(jié)果。Web of Science核心合集（WOS）中，將檢索詞確定為TS=（“Carbon nanotubes”or CNTS））ANDTS=（“wastewater treatment*”O(jiān)R“sewage treatment*”O(jiān)R“sewage disposal*”O(jiān)R“water treatment*”O(jiān)R“wastewater*”O(jiān)R“wastewater disposal*”O(jiān)R“effluent disposal*”O(jiān)R“effluent treatment*”O(jiān)R“polluted water treatment*”O(jiān)R“sewage processing*”，選取的文獻(xiàn)類型為“Article”和“Review”，語(yǔ)種選擇為“English”，共檢索獲取數(shù)據(jù)3953個(gè)。

以上檢索未設(shè)置檢索年限區(qū)間，數(shù)據(jù)檢索日期為2023年6月7日。

1.2 研究方法

文獻(xiàn)特征分析：采用Excel對(duì)收集的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，對(duì)發(fā)文量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)期刊分布情況進(jìn)行匯總整理。

合作分析：采用VOSviewer軟件對(duì)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)中的國(guó)家、機(jī)構(gòu)間合作關(guān)系圖譜進(jìn)行繪制，分析相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)合作往來(lái)關(guān)系和國(guó)家、機(jī)構(gòu)影響力。

熱點(diǎn)和引文分析：采用CiteSpace軟件統(tǒng)計(jì)該技術(shù)應(yīng)用范圍內(nèi)的關(guān)鍵詞，進(jìn)行關(guān)鍵詞聚類分析，并繪制關(guān)鍵詞時(shí)間軸知識(shí)圖譜。利用HistCite對(duì)文獻(xiàn)引文情況進(jìn)行可視化分析，挖掘高價(jià)值文獻(xiàn)。

2 結(jié)果分析

2.1 發(fā)文量分析

通過(guò)對(duì)wos核心合集和CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)檢索發(fā)現(xiàn)，CNTs應(yīng)用于污廢水治理領(lǐng)域的研究最早于2004年開始出現(xiàn)，盡管相關(guān)研究的應(yīng)用相對(duì)于首次發(fā)現(xiàn)CNTs較晚，但在之后，CNTs研究在污廢水治理領(lǐng)域得到了快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)CNTs技術(shù)研究在污廢水治理領(lǐng)域與國(guó)際上基本同步。

以年度變化為自變量，以每年發(fā)表文獻(xiàn)數(shù)量為發(fā)文量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，CNTs技術(shù)應(yīng)用于污廢水處理領(lǐng)域的相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)文量變化情況如圖1所示，CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)中發(fā)文量始終處于較低的水平，年平均發(fā)表數(shù)量?jī)H為7篇左右（2005年-2023年），并且年度波動(dòng)變化不明顯。相比之下，WOS核心合集發(fā)文量呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)，年平均發(fā)表數(shù)量為197.65篇（2004年-2023年），達(dá)到了CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)文量的28倍。在以WOS核心合集發(fā)文量為代表的國(guó)際研究中，發(fā)表區(qū)域來(lái)自中國(guó)地區(qū)的平均年發(fā)文量占到wos核心合集年平均發(fā)文量的44.20%。

從WOS核心合集和CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)中發(fā)文量總體來(lái)看，相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)文量呈現(xiàn)整體上升趨勢(shì)，根據(jù)變化趨勢(shì)，可以大致分為三個(gè)階段：第一階段2004年-2014年（探索發(fā)展階段），本階段CNTs技術(shù)在污廢水處理領(lǐng)域的相關(guān)研究開始出現(xiàn)并初步發(fā)展，CNTs在污廢水處理方面的研究開始逐漸增多；第二階段2015年-2019年（快速增長(zhǎng)階段），隨著各國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視程度逐漸加強(qiáng)，對(duì)污染防治技術(shù)提出新的需求，相關(guān)研究數(shù)量在這個(gè)階段大幅提高，如中國(guó)在2015年開始密集發(fā)布了《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》、《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》、《“十三五”重點(diǎn)流域水環(huán)境綜合治理建設(shè)規(guī)劃》等文件，對(duì)水污染治理工作提出了新的更高的要求；第三階段2020年-2022年（成熟增長(zhǎng)階段），增長(zhǎng)的原因來(lái)自政策的延續(xù)，在此階段中國(guó)發(fā)布了《長(zhǎng)江保護(hù)法》、《關(guān)于推進(jìn)污水資源化利用的指導(dǎo)意見(jiàn)》、《“十四五”城鎮(zhèn)污水處理及資源化利用發(fā)展規(guī)劃》、《“十四五”重點(diǎn)流域水環(huán)境綜合治理規(guī)劃》、《工業(yè)水效提升行動(dòng)計(jì)劃》等政策性文件。

2.2 期刊分析

如表1所示，從文章發(fā)表期刊（單位）來(lái)看，WOS核心合集中污廢水處理領(lǐng)域CNTs技術(shù)相關(guān)研究來(lái)自于86個(gè)期刊的3953篇文獻(xiàn)，而CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)中來(lái)源于98個(gè)期刊（單位）的140個(gè)有效數(shù)據(jù)，較WOS核心合集相比更加分散。在CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)中發(fā)文量前十的期刊（單位）中，來(lái)源類型為“期刊”的僅包含2個(gè)（《工業(yè)水處理》、《應(yīng)用化工》），其余發(fā)表單位均為高校，以碩博論文形式發(fā)表。這十個(gè)期刊（單位）發(fā)文總量占到CNKI數(shù)據(jù)集總量的29.29%。北京化工大學(xué)以9篇文獻(xiàn)的發(fā)表數(shù)量位居榜首。在WOS核心合集中，發(fā)文量排名前十名的期刊共占發(fā)文總量的27.93%。其中，期刊《化學(xué)工程雜志》（CHEMICAL ENCINEERINC JOURNAL）發(fā)表了217篇文獻(xiàn)，占WOS核心合集總發(fā)文量的5.49%，作為化工領(lǐng)域Q1期刊，該期刊影響因子高達(dá)16.744，顯示出污廢水處理CNTs技術(shù)研究成果在領(lǐng)城中具有較高的國(guó)際影響力。wOs核心合集中發(fā)文量前十期刊主要研究方向集中于化工、材料、環(huán)境等領(lǐng)域，表示CNTs技術(shù)在這些領(lǐng)域有著較強(qiáng)的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.3 研究與合作

發(fā)文量可以直觀的反映出一個(gè)國(guó)家或機(jī)構(gòu)在該技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的研究水平和影響力，中國(guó)的研究人員發(fā)表文章數(shù)量最多（發(fā)文量為1748篇，占發(fā)文量總數(shù)的44.22%），美國(guó)、伊朗、印度等國(guó)家位列第二梯隊(duì)（美國(guó)發(fā)文數(shù)量為449篇，占比約為11.36%），沙特阿拉伯王國(guó)、馬來(lái)西亞、韓國(guó)、埃及等國(guó)家或地區(qū)發(fā)文量排在第三梯隊(duì)。從區(qū)域分布來(lái)看，發(fā)文量排名前十的國(guó)家或地區(qū)主要集中在東亞、東南亞地區(qū)（亞洲國(guó)家或地區(qū)發(fā)文量達(dá)到3244篇，占總發(fā)文量的82.07%）。

采用VOSviewer軟件對(duì)WOS核心合集中CNTs在污廢水治理領(lǐng)域相關(guān)國(guó)家或地區(qū)、機(jī)構(gòu)間合作關(guān)系進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的研究共涉及了102個(gè)國(guó)家或地區(qū)。以中國(guó)為中心，相關(guān)國(guó)家緊密結(jié)合形成了該研究領(lǐng)域最強(qiáng)的合作網(wǎng)絡(luò)，中國(guó)與亞洲、歐洲、美洲等國(guó)家或地區(qū)合作均較為緊密。同時(shí)，部分歐洲國(guó)家如德國(guó)、西班牙等國(guó)以及部分亞洲國(guó)家阿曼、卡塔爾等國(guó)家或地區(qū)也展現(xiàn)出一定的聚集性，以中國(guó)為首的大多數(shù)國(guó)家在該領(lǐng)域搭建起了一個(gè)全面合作網(wǎng)絡(luò)，有力的推動(dòng)了CNTs技術(shù)在污廢水治理領(lǐng)域的研究和發(fā)展。在WOS核心合集排名前十的研究機(jī)構(gòu)中，中國(guó)科學(xué)院以239篇的發(fā)文量?jī)?yōu)勢(shì)占據(jù)首位，其次是埃及知識(shí)庫(kù)（EGYPTIANKNOWLEDCE BANK EKB）、阿扎德伊斯蘭大學(xué)（IS-LAMIC AZAD UNIVERSITY）等機(jī)構(gòu)。由于CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)相對(duì)較少，前三名的機(jī)構(gòu)發(fā)文量相差不大。目前已基本形成了以中國(guó)科學(xué)院（CHINESE ACAD-EMY OF SCIENCES）、阿卜杜勒阿齊茲國(guó)王大學(xué)（KING ABDULAZIZ UNIVERSITY）、阿扎德伊斯蘭大學(xué)（ISLAMIG AZAD UNIVERSITY）三大機(jī)構(gòu)領(lǐng)銜的國(guó)際合作框架結(jié)構(gòu)。（見(jiàn)表2）

2.4 研究熱點(diǎn)

利用VOSviewer軟件生成CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)鍵詞熱點(diǎn)密度圖，可以發(fā)現(xiàn)CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)研究熱點(diǎn)相對(duì)較少但熱點(diǎn)集中度較高。研究熱點(diǎn)主要集中于“碳納米管”、“吸附”兩方面，“光催化”是CNTs功能研究方面的一個(gè)重點(diǎn)。在材料類型研究方面，“多壁碳納米管”和“磁性碳納米管”的研究也具有一定熱度。從wos核心合集數(shù)據(jù)整理繪制研究熱點(diǎn)密度圖中發(fā)現(xiàn)“carbon nanotubes（碳納米管）”、“adsorp-tion（吸附）”、“wastewater（污廢水）”等熱度較高?！癿ulti-walled carbon nanotubes（多壁碳納米管）”、“optimization extration（優(yōu)化提純）”等研究熱點(diǎn)與“carbon nanotubes（碳納米管）”、“adsorption（吸附）”、“wastewater（污廢水）”具有較高重疊性，同樣具有較高的研究熱度。將CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)和WOS核心合集的關(guān)鍵詞熱點(diǎn)密度圖對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的研究熱點(diǎn)重合性較高，不同的是在WOS核心合集中還出現(xiàn)了“degradation（降解）”、“performance（表征）”、“kinetics（動(dòng)力學(xué)）”等幾個(gè)相對(duì)熱度較高的研究方向，可以為國(guó)內(nèi)相關(guān)研究拓展提供新的思路和方向。

采用CiteSpace軟件繪制關(guān)鍵詞時(shí)間軸圖譜，可以分析CNTs在污廢水治理相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展的前沿與發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)分析各個(gè)聚類中關(guān)鍵詞的數(shù)量情況，發(fā)現(xiàn)“0#吸附”和“1#修飾電極”兩個(gè)聚類中關(guān)鍵詞數(shù)量最多，從時(shí)間跨度來(lái)看，聚類“0#吸附”、“1#修飾電極”的相關(guān)研究橫跨了整個(gè)研究時(shí)段，充分說(shuō)明了這兩個(gè)聚類在研究范圍內(nèi)的重要性；“3#光催化”、“2#固定化”、“6#工業(yè)廢水”、“4#膜分離”聚類研究在中期表現(xiàn)較為突出，出現(xiàn)了較多的研究方向，表明在該時(shí)段內(nèi)相關(guān)研究在不斷深入擴(kuò)展。通過(guò)聚類分析發(fā)現(xiàn)CNTs在污廢水治理領(lǐng)域中，主要的治理方式是“吸附”、“固定化”、“光催化”、“膜分離”，CNTs應(yīng)用最多的污廢水形式是“工業(yè)廢水”、“印染廢水”、“含油廢水”、“養(yǎng)殖廢水”，治理主要針對(duì)的污染物是“染料”、“銅離子”、“氯霉素”等。

采用CiteSpace軟件繪制wos核心合集關(guān)鍵詞時(shí)間軸圖譜，共生成8個(gè)明顯聚類，“1# water treat-ment（水處理）”、“2# adsorption（吸附）”、“0# micro-bial fuel cell（微生物燃料電池）”、“6# carbon nano-tubes（碳納米管）”等聚類在研究早期即出現(xiàn)且橫跨了整個(gè)研究周期，但是在研究后期出現(xiàn)了不同程度的衰減。“2# adsorption（吸附）”聚類由“aqueous（水基）”、“kinerics（動(dòng)力學(xué)）”的研究，逐步向“grapheneoxide（石墨烯氧化）”、“methylene blue（亞甲藍(lán)）”、“walled carbon nanotuhes（壁式碳納米管）”等研究方向擴(kuò)展。在研究的中后期，“6# carbon nanotubes（碳納米管）”聚類呈現(xiàn)明顯衰減，“5# Peroxymonosulfate（過(guò)氧單硫酸鹽）”、“3# interfacial polymerization（界面聚合）”聚類的相關(guān)研究出現(xiàn)明顯增強(qiáng)。通過(guò)關(guān)鍵詞聚類分析發(fā)現(xiàn)，在污廢水處理領(lǐng)域CNTs應(yīng)用的主要的功能方式為“oxygen reduction reaction（氧化還原反應(yīng)）”、“adsorption（吸附）”、“interfacial po-lymeriztion（界面聚合）”，在治理的目標(biāo)上主要是針對(duì)的是“wastewater treatment（污水處理）”、“watertreatment（水處理）”，治理主要針對(duì)的污染物為“methylene blue（亞甲藍(lán)）”、“heavy metals（重金屬）”、“peroxymonosulfate（過(guò)氧單硫酸鹽）”等。

2.5 引文分析

重點(diǎn)文獻(xiàn)對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展有較大的推動(dòng)作用，通過(guò)了解文獻(xiàn)間的發(fā)展關(guān)系，可以有效地梳理研究的發(fā)展脈絡(luò)，利用HistCite對(duì)收集的3953篇WOS核心數(shù)據(jù)集文獻(xiàn)進(jìn)行可視化的分析，以節(jié)點(diǎn)大小代表引用強(qiáng)度，箭頭指向被引用文獻(xiàn)。分析發(fā)現(xiàn)155、62、39、390號(hào)文獻(xiàn)的本地引用次數(shù)分別達(dá)到了152、146、137、135次，其中155號(hào)文獻(xiàn)GCS次數(shù)為5770次，遠(yuǎn)高于其他文獻(xiàn)，可以判斷該文獻(xiàn)為該領(lǐng)域內(nèi)的研究?jī)r(jià)值最高的文章，通過(guò)對(duì)155號(hào)文獻(xiàn)“Removal of heawmetalions from wastewaters：A review”一文的解讀，F(xiàn)ENGLIAN FU等通過(guò)對(duì)185篇文章的綜述總結(jié)出CarbonNanotubes對(duì)污水中重金屬具有較強(qiáng)的吸附作用。62號(hào)文獻(xiàn)“AdsorptionMechanisms of Or-ganicChemicals on CarbonNanotubes”探討了有機(jī)化合物在碳納米管表面的吸附機(jī)制，并闡明了各種因素對(duì)吸附過(guò)程的影響；39號(hào)文獻(xiàn)“Sorption of di-valentmetalions f'rom aqueoussolution bycarbonnano-tubes：A review”綜述了不同類型的碳納米管對(duì)于二價(jià)金屬離子的吸附作用，并得出改良后的碳納米管是良好的環(huán)境改良吸附材料的結(jié)論，這兩篇文章被155、62、390號(hào)等文章引用，均對(duì)CNTs在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用做了系統(tǒng)的闡述，因此可以被認(rèn)為是具有突出成果的文章。（見(jiàn)圖2）

3 結(jié)論

污廢水處理領(lǐng)域CNTs技術(shù)應(yīng)用研究的發(fā)文量持續(xù)增長(zhǎng)，隨著研究進(jìn)入成熟增長(zhǎng)階段，相關(guān)研究和發(fā)文量將會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)。研究領(lǐng)域內(nèi)合作密切，逐漸形成了以中國(guó)為第一梯隊(duì)的國(guó)家間合作關(guān)系以及中國(guó)科學(xué)院領(lǐng)銜的國(guó)際機(jī)構(gòu)合作框架。CNTs在污廢水處理領(lǐng)域涌現(xiàn)出了“光催化”、“石墨烯氧化”、“壁式碳納米管”等研究熱點(diǎn)，以及“修飾電極”、“降解”、“表征”、“動(dòng)力學(xué)”、“優(yōu)化提純”等新研究方向；國(guó)內(nèi)和國(guó)際上研究熱點(diǎn)有較高的重合度，但國(guó)際上研究方向更加多樣化。未來(lái)“可生化性”、“修飾電極”、“過(guò)氧單硫酸鹽”、“界面聚合”等有可能成為新的研究熱點(diǎn)。通過(guò)分析也發(fā)現(xiàn)了如國(guó)內(nèi)和國(guó)際研究發(fā)文量不平衡等問(wèn)題。隨著研究的深入和擴(kuò)展，CNTs在污廢水治理領(lǐng)域的應(yīng)用研究也將迎來(lái)新的發(fā)展。

基金項(xiàng)目：福建省屬公益類科研院所基本科研專項(xiàng)項(xiàng)目“基于專利視角的水環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新研究一以納米材料技術(shù)為例”（2023R1008006）資助